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鈮(ni)（Niobium），化學符號Nb，原子序數(shu)為41，是一種過渡(du)金屬(shu)元(yuan)素(su)。鈮(ni)單(dan)質是一種帶(dai)光澤的(de)灰(hui)色(se)金屬(shu)。高(gao)純度鈮(ni)金屬(shu)的(de)延展性較高(gao)，但會隨雜質含量的(de)增加而變硬。鈮(ni)對于熱中子的(de)捕獲截面很低，因此在核(he)工業(ye)上有相當的(de)用(yong)處。

發現歷史

當于1801年(nian)考察在大英博物館的(de)(de)礦石時，Charles Hatchett被一個標簽為(wei)columbite（鈳鐵礦）的(de)(de)樣本激(ji)起(qi)了興(xing)趣。他推測(ce)其包含一種(zhong)新的(de)(de)金(jin)屬，他是對的(de)(de)。他加熱一塊樣本與碳酸鉀，溶(rong)解產物到水中，添加了酸后獲得了沉淀物。然而(er)，進一步(bu)的(de)(de)處理也(ye)沒(mei)能(neng)生(sheng)產出(chu)元素(su)本身，他命名其為(wei)columbium（鈳——鈮元素(su)的(de)(de)舊譯(yi)），被人們已(yi)知(zhi)多年(nian)。

其他人則(ze)對(dui)鈳(ke)(ke)持懷疑態度，尤其是在(zai)接下來的(de)(de)一年(nian)發現了(le)(le)鉭之后(hou)。這(zhe)些金(jin)(jin)屬在(zai)大自然(ran)中一起出現，而(er)且(qie)很難分離(li)。在(zai)1844年(nian)德(de)國(guo)化學(xue)(xue)家Heinrich Rose證明了(le)(le)鈳(ke)(ke)鐵礦包含(han)了(le)(le)這(zhe)兩種元(yuan)素(su)，他把(ba)columbium（鈳(ke)(ke)）命(ming)(ming)名(ming)為(wei)niobium（鈮(ni)）。“Columbium”（鈳(ke)(ke)，符號Cb）是哈契(qi)特(te)對(dui)新元(yuan)素(su)所給的(de)(de)最早(zao)命(ming)(ming)名(ming)。這(zhe)一名(ming)稱在(zai)美(mei)(mei)(mei)國(guo)一直有廣泛的(de)(de)使(shi)用(yong)，美(mei)(mei)(mei)國(guo)化學(xue)(xue)學(xue)(xue)會在(zai)1953年(nian)出版(ban)了(le)(le)最后(hou)一篇標題(ti)含(han)有“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)論文；“鈮(ni)”則(ze)在(zai)歐(ou)洲通(tong)用(yong)。1949年(nian)在(zai)阿姆斯特(te)丹(dan)舉辦(ban)的(de)(de)化學(xue)(xue)聯(lian)合會第15屆會議(yi)最終決定(ding)以“鈮(ni)”作(zuo)(zuo)為(wei)第41號元(yuan)素(su)的(de)(de)正式命(ming)(ming)名(ming)。翌(yi)年(nian)，國(guo)際(ji)純粹與(yu)應用(yong)化學(xue)(xue)聯(lian)合會（IUPAC）也(ye)采納了(le)(le)這(zhe)一命(ming)(ming)名(ming)，結束(shu)了(le)(le)一個世紀來的(de)(de)命(ming)(ming)名(ming)分歧，盡管“鈳(ke)(ke)”的(de)(de)使(shi)用(yong)時間(jian)更早(zao)。這(zhe)可(ke)算(suan)是一種妥協：IUPAC依北(bei)美(mei)(mei)(mei)的(de)(de)用(yong)法選(xuan)擇“Tungsten”而(er)非歐(ou)洲所用(yong)的(de)(de)“Wolfram”作(zuo)(zuo)為(wei)鎢的(de)(de)命(ming)(ming)名(ming)，并在(zai)鈮(ni)的(de)(de)命(ming)(ming)名(ming)上(shang)以歐(ou)洲的(de)(de)用(yong)法為(wei)先。具權威性的(de)(de)化學(xue)(xue)學(xue)(xue)會和政府(fu)機構都一般以IUPAC正式命(ming)(ming)名(ming)稱之，但美(mei)(mei)(mei)國(guo)地質調查(cha)局以及(ji)冶金(jin)(jin)業、金(jin)(jin)屬學(xue)(xue)會等組織至今仍使(shi)用(yong)舊名(ming)“鈳(ke)(ke)”。

當時，科學(xue)家未能有效(xiao)地把鈳（鈮）和(he)(he)性質(zhi)極為相(xiang)似的鉭(tan)(tan)區分(fen)開來。1809年，英(ying)國化(hua)學(xue)家威(wei)廉·海德·沃拉斯(si)頓（William Hyde Wollaston）對鈳和(he)(he)鉭(tan)(tan)的氧化(hua)物(wu)(wu)進行比(bi)較，得出(chu)兩(liang)者(zhe)的密度分(fen)別(bie)為5.918g/cm3及超過16.6g/cm3。雖(sui)然密度值(zhi)相(xiang)差巨(ju)大，但他仍(reng)認(ren)為兩(liang)者(zhe)是(shi)完全相(xiang)同的物(wu)(wu)質(zhi)。另一德國化(hua)學(xue)家海因里(li)希·羅澤(ze)（Heinrich Rose）在(zai)1846年駁斥這(zhe)一結論，并稱原先(xian)的鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦樣(yang)本中(zhong)(zhong)還存在(zai)著另外兩(liang)種元素。他以(yi)希臘神(shen)話中(zhong)(zhong)坦塔(ta)洛(luo)斯(si)的女兒尼(ni)俄(e)伯（Niobe，淚水(shui)女神(shen)）和(he)(he)兒子珀(po)羅普斯(si)（Pelops）把這(zhe)兩(liang)種元素分(fen)別(bie)命名為“Niobium”（鈮）和(he)(he)“Pelopium”。鉭(tan)(tan)和(he)(he)鈮的差別(bie)細微，而因此得出(chu)的新“元素”Pelopium、Ilmenium和(he)(he)Dianium實際上(shang)都只是(shi)鈮或(huo)者(zhe)鈮鉭(tan)(tan)混合物(wu)(wu)。

1864年(nian)，克利斯(si)蒂(di)安·威廉(lian)·布隆斯(si)特蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨(heng)利·愛丁·圣克萊爾(er)·德維爾(er)和路(lu)易·約瑟夫·特羅斯(si)特（Louis Joseph Troost）明(ming)確證明(ming)了鉭(tan)和鈮是兩種不同的化學元素(su)，并確定了一(yi)些(xie)相關化合物的化學公式。瑞士化學家讓-夏爾(er)·加(jia)利薩·德馬里(li)尼亞(ya)（Jean Charles Galissard de Marignac）在(zai)1866年(nian)進(jin)一(yi)步證實除鉭(tan)和鈮以外別無其(qi)他元素(su)。然(ran)而直(zhi)到1871年(nian)還(huan)有科學家發表有關Ilmenium的文章(zhang)。

1864年，德馬里(li)尼(ni)亞(ya)在氫(qing)氣中對氯(lv)化鈮(ni)進行還原反應(ying)，首次制成鈮(ni)金屬(shu)。雖然他在1866年已能夠制備(bei)不含(han)鉭的(de)鈮(ni)金屬(shu)，但要直到20世紀初，鈮(ni)才開始有商業上的(de)應(ying)用(yong)(yong)：電(dian)(dian)燈泡燈絲。鈮(ni)很快(kuai)就被鎢淘汰了，因為(wei)鎢的(de)熔點比(bi)鈮(ni)更(geng)高(gao)(gao)，更(geng)適合作(zuo)燈絲材料。1920年代，人(ren)(ren)們發(fa)現鈮(ni)可(ke)以加強鋼材，這(zhe)(zhe)成為(wei)鈮(ni)一(yi)(yi)直以來的(de)主要用(yong)(yong)途。貝爾實驗室的(de)尤金·昆(kun)茲(zi)勒(le)（Eugene Kunzler）等人(ren)(ren)發(fa)現，鈮(ni)錫在強電(dian)(dian)場、磁(ci)場環境(jing)下(xia)仍能保持超導性，這(zhe)(zhe)使鈮(ni)錫成為(wei)第一(yi)(yi)種(zhong)能承受(shou)高(gao)(gao)電(dian)(dian)流(liu)和磁(ci)場的(de)物(wu)質(zhi)，可(ke)用(yong)(yong)于大(da)功率磁(ci)鐵(tie)和電(dian)(dian)動機械。這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)發(fa)現促(cu)使了20年后多股長電(dian)(dian)纜的(de)生產。這(zhe)(zhe)種(zhong)電(dian)(dian)纜在繞成線圈后可(ke)形(xing)成大(da)型(xing)強電(dian)(dian)磁(ci)鐵(tie)，用(yong)(yong)在旋轉機械、粒子(zi)(zi)加速器和粒子(zi)(zi)探測器當中。

純凈的金屬樣本(ben)在1864年由Christian Blomstrand制取，他用(yong)氫氣加熱還(huan)原氯(lv)化鈮實(shi)現(xian)。

元素簡介

元素信息

一(yi)(yi)種金(jin)屬元(yuan)素(su)。鈮(ni)能(neng)吸(xi)收(shou)氣體，用(yong)作除(chu)氣劑，也是一(yi)(yi)種良好的超導體。舊稱“鈳”。化學(xue)符號Nb，原(yuan)子序數41，原(yuan)子量(liang)(liang)92.90638，屬周期系ⅤB族。1801年(nian)英國查(cha)爾(er)斯·哈切特（Charles·Hatchett）在(zai)研究倫敦(dun)大英博(bo)物館中(zhong)收(shou)藏的鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)分(fen)離(li)出一(yi)(yi)種新(xin)元(yuan)素(su)的氧化物，并命(ming)名(ming)該(gai)元(yuan)素(su)為columbium（中(zhong)譯名(ming)鈳）。1802年(nian)瑞典(dian)A.G.厄克貝里在(zai)鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)中(zhong)發現另一(yi)(yi)種新(xin)元(yuan)素(su)tantalum。由(you)于這兩(liang)(liang)種元(yuan)素(su)性質(zhi)上(shang)非常相似，不少人認為它們(men)是同一(yi)(yi)種元(yuan)素(su)。由(you)于它與鉭(tan)(tan)非常相似，起初(chu)他竟搞混了(le)(le)。1844年(nian)德意(yi)志H.羅澤詳細研究了(le)(le)許多鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)和鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)，分(fen)離(li)出兩(liang)(liang)種元(yuan)素(su)，才澄清了(le)(le)事實真相。最后查(cha)爾(er)斯·哈切特用(yong)神話(hua)中(zhong)的女神尼(ni)俄(e)伯（Niobe）的名(ming)字命(ming)名(ming)了(le)(le)該(gai)元(yuan)素(su)。在(zai)歷史上(shang)，最初(chu)人們(men)用(yong)鈮(ni)所在(zai)的鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的名(ming)字“columbium”來稱呼鈮(ni)。鈮(ni)在(zai)地殼中(zhong)的含量(liang)(liang)為0.002%，鈮(ni)在(zai)地殼中(zhong)的自然儲量(liang)(liang)為520萬噸，可開采儲量(liang)(liang)440萬噸，主要(yao)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)物有鈮(ni)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、燒綠石和黑稀金(jin)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、褐釔鈮(ni)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鉭(tan)(tan)鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、鈦鈮(ni)鈣鈰礦(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)。

同位素

自然產(chan)生的鈮由一種穩(wen)定(ding)同(tong)位(wei)素(su)組(zu)成(cheng)：93Nb。截至2003年，已合成(cheng)的放(fang)射(she)性(xing)同(tong)位(wei)素(su)共有至少(shao)32種，原子量在81和(he)113之(zhi)(zhi)間。其中最穩(wen)定(ding)的是92Nb，半衰期有3470萬(wan)年；113Nb是最不(bu)穩(wen)定(ding)的同(tong)位(wei)素(su)之(zhi)(zhi)一，其半衰期估計只有30毫秒。比93Nb更輕(qing)的同(tong)位(wei)素(su)一般進(jin)(jin)行β+衰變(bian)(bian)，比它重的則會(hui)進(jin)(jin)行β-衰變(bian)(bian)。例外包括(kuo)：81Nb、82Nb和(he)84Nb會(hui)進(jin)(jin)行少(shao)量β緩發質子發射(she)，91Nb會(hui)進(jin)(jin)行電(dian)(dian)子捕獲和(he)正電(dian)(dian)子發射(she)，而(er)92Nb會(hui)同(tong)時進(jin)(jin)行正電(dian)(dian)子（β+）和(he)電(dian)(dian)子（β-）發射(she)。

已知的(de)(de)核(he)素共有(you)25種，質(zhi)(zhi)量(liang)數介乎84至(zhi)104。這個質(zhi)(zhi)量(liang)區(qu)間內的(de)(de)同(tong)位(wei)素中，只有(you)96Nb、101Nb和103Nb不(bu)具有(you)同(tong)核(he)異(yi)構體(ti)。最(zui)穩定的(de)(de)鈮同(tong)核(he)異(yi)構體(ti)是(shi)93mNb，半衰(shuai)期(qi)為16.13年；最(zui)不(bu)穩定的(de)(de)是(shi)84mNb，半衰(shuai)期(qi)為103納(na)秒。除92m1Nb進行(xing)少量(liang)電子(zi)捕獲之(zhi)外，所(suo)有(you)同(tong)核(he)異(yi)構體(ti)的(de)(de)衰(shuai)變方式(shi)都是(shi)同(tong)核(he)異(yi)構體(ti)轉(zhuan)換(huan)或β衰(shuai)變。

相關資料

元素符號：Nb

元素英文名(ming)稱：niobium

元素類型：金屬元素

原(yuan)子體積(ji)：10.87cm3/mol

元素在太陽中的含量:0.004(ppm)

元素在海水中的含量：0.0000009(ppm)

地殼(ke)中含量：20（ppm）

相對原子質量(liang)：92.90638

原子序數：41

所屬周期：5

所屬族數：VB

核外電(dian)子排布：1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1

電子(zi)層排布(bu)：2，8，18，12，1

晶(jing)(jing)體結構：晶(jing)(jing)胞為體心立方晶(jing)(jing)胞，每個晶(jing)(jing)胞含有2個金屬原子。

晶胞參數：a=330.04pm，b=330.04pm，c=330.04pm，α=90°，β=90°，γ=90°

化合價：+5（主要），-3，-1，0，+1，+2，+3，+4

莫氏硬度：6

聲(sheng)音在其中的傳(chuan)播速率：3480（m/s）

電離(li)能(kJ/mol)

M - M+ 664

M+ - M2+ 1382

M2+ - M3+ 2416

M3+ - M4+ 3695

M4+ - M5+ 4877

M5+ - M6+ 9899

M6+ - M7+ 12100

物理化學性質

物理性質

鈮是灰(hui)白色金(jin)屬(shu)，熔點2468℃，沸點4742℃，密度8.57g/cm3。鈮是一(yi)種帶光(guang)澤的(de)灰(hui)色金(jin)屬(shu)，具有順磁性，高純(chun)度鈮金(jin)屬(shu)的(de)延展性較高，但會隨雜質含量的(de)增加而變硬。它的(de)最外電子層排布和其他的(de)5族(zu)元素非常(chang)不同。同樣的(de)現象也出現在(zai)前(qian)后的(de)釕（44）、銠(lao)（45）和鈀（46）元素上。

鈮

Z 元素(su) 每層(ceng)電(dian)子數

23 釩 2, 8, 11, 2

41 鈮 2, 8, 18, 12, 1

73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2

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